水泥窑喷煤管用浇注料的试验研究

孙丽丽，卜景龙，刘 臣

（1.河北联合大学材料科学与工程学院，河北唐山063009；2.唐山冀东混凝土有限公司，河北唐山063000；3.唐山冀东水泥股份有限公司，河北唐山063031）

水泥窑喷煤管用浇注料的试验研究

孙丽丽1，2，卜景龙1，刘 臣3

（1.河北联合大学材料科学与工程学院，河北唐山063009；2.唐山冀东混凝土有限公司，河北唐山063000；3.唐山冀东水泥股份有限公司，河北唐山063031）

以电熔尖晶石、白刚玉、板刚玉、硅灰951、拉法基水泥S71为基本原料，在基础配方的基础上，通过调整电熔尖晶石、拉法基水泥S71的加入量制备水泥窑喷煤管用浇注料，对该浇注料进行了线变化率、体积密度、强度、抗热震等性能测定。试验结果表明：较适宜用作浇注料的配料组成为电熔尖晶石70%，硅灰0.5%，白刚玉17.5%，拉法基水泥7%，1 400℃时其抗压强度为203.31 MPa，抗热震性能其强度保持率为61.26%。

浇注料；线变化；强度；热震稳定性

浇注料是一种由耐火物料加入一定量结合剂制成的粒状和粉状材料。它具有较高流动性，适用于做以浇注方式成型的不定形耐火材料［1］。长期以来，在回转窑生产水泥中，煤炭一直是主要的燃料，为了便于快速燃烧，原煤被制成粉末。通过一套管状的燃烧装置，用空气将煤粉喷入窑内，在高温下点着并燃烧，以满足煅烧水泥熟料的需要，这种燃烧装置被称为喷煤管。喷煤管不仅对优化窑的操作和稳定窑的运转起着重要的作用，而且对降低燃料消耗，提高熟料的产量和质量及减少环境污染等方面都有显著的影响。因此喷煤管尽管只是回转窑设备中一个不大的部件，但是作用很大。然而喷煤管部位每天会有成千上万吨熟料和燃料由此通过，对其造成机械磨损和粉尘气流冲刷，故延长喷煤管的使用寿命极其重要［2－4］。因此，本试验利用电熔尖晶石、刚玉、硅灰和拉法基水泥为主要原料，并通过调整原料配比，得到一种线变化、体积密度、强度和抗热震稳定性较好的浇注料配方，以适用于水泥窑喷煤管的制备。

1 试验

1.1 主要原料及仪器

本试验在原料选择方面做了大量的资料筛选，并且对物料的性能和存在的问题进行了初步分析，最终确定所选用原料为电熔尖晶石、白刚玉、硅灰、板刚玉、拉法基水泥，以及三聚磷酸钠、ADW1、ADS1和草酸等分散剂（减水剂）和缓凝剂。

主要仪器有搅拌机、振动台、电热鼓风干燥箱、箱式电阻炉、重烧试验炉、水泥全自动抗折试验机、液压式压力试验机等。

1.2 试验过程

1.2.1 基础配方的确定

初步选定电熔尖晶石为主要原料。为了提高结合强度，主料中增加了白刚玉、CTC50、硅灰951和拉法基水泥S71作为原始配方，各原料的配比见表1。在原始配方基础上调整配料进行对比试验，原料配比结果见表2。为进一步提高浇注料密度和可施工性，需要加入占原始配方总量一定质量分数的分散剂和缓凝剂。方案1－5均加入了0.15%的高效分散剂三聚磷酸钠，以减少加水量，另方案1又加入了0.03%草酸缓凝剂，方案6加入了0.7%ADS1和0.1%ADW1减水剂。

表1 各种原料的颗粒级配%

表2 调整配料确定试验的原料配比%

将以上方案按照配比，分别配备1kg的料，并制备相应组分的试样条块，观察凝结时间，并作常温的抗折抗压试验以分析方案的实用性和可实施性。

经试验：方案1中，加入适量的草酸缓凝剂后，其凝结时间在40min左右，可以用于大规模性的施工，但是其强度为80MPa（小于90MPa），不符合使用要求；S75水泥替换S71的方案2其强度也有所降低，但基本可以满足要求，而凝结时间在15min左右，缓凝效果不是很好；92硅灰替换951硅灰的方案3中，其强度与方案1的强度对比变化不大，但凝结时间在20min以内，还是比较快的；而减少硅灰951加入量后的方案4，5其凝结时间在5～10min，凝结速度还是太快；改变系统的方案6，由于分散剂的存在，凝结时间比较长，在40min到90min之间，而其强度为157.5MPa，强度很高，故选用改变系统后的方案6作为基础配方继续试验。

将方案6作为基础配方定为A1，配方中还包括占配方总质量0.7%的ADS1和0.1%的ADW1。

1.2.2 调整配方

骨料用部分板刚玉代替电熔尖晶石，板刚玉的加入量以电熔尖晶石为变量进行设定，形成方案A2－A8，配比见表3。再以拉法基水泥S71为变量对CTC50的加入量进行调整，形成方案B1－B4。由于拉法基水泥的加入量较少，所以对其调整的浮动较小，具体变化如表4所示。

按照试验的配料表称取好原料并充分混匀，将其倒入搅拌机中，逐步加入适量的水，观察物料的情况。为加水适量，每组的加水量记录在表5中。

1.2.3 试验步骤

（1）按照配方称量好各种原料并将它们混合均匀，放入搅拌桶中；

（2）用量筒量取搅拌用水，水温应接近室温，准确到1 mL。第一次可按与同类产品相当的加水量，以后可酌情增减用水量，每次增减量不大于试验料干重的0.5%；

（3）将试验料慢速干混1min，然后快速搅拌，边搅拌边加入水，2min后稍停，清理粘附在搅拌叶片和桶壁的泥料，再次搅拌2min，总搅拌时间约5min；最终达到粉料几乎全粘黏在骨料上，骨料间相互不太粘连，用手攥下既能黏在一起，又能够分散开来；

表3 板刚玉代替部分电熔尖晶石时各原料的配比%

表4 变化拉法基水泥的加入量时各原料的配比%

表5 各组加水量mL

（4）将试模擦净，在模底与底座接触面处涂抹适量黄油，内壁均匀涂抹一薄层机油；

（5）将试模固定在振动台上，填装试验料直至试模上边缘，启动振动台，边振动边填装试验料；

（6）停止振动，用镘刀去除高出试模边缘的试验料，并将试样表面磨平。对于致密浇注料，全部振动时间一般为60～90s。对于隔热浇注料，全部振动时间一般为30～60s。从加水开始到试样成型的全部时间不超过10min；

（7）移走模套，从振动台上取下试模，标好记号，试样带模置于试验室环境中养护24h；

（8）试样养护以后脱模，随后放入烘箱中逐渐升温至（110±5）℃，在规定的条件下干燥24h；

（9）干燥后试样随烘箱冷却至室温，冷却后试样应存放于干燥器中，存放时间不应超过3d［5］；

（10）对试样进行线变化、体积密度、抗折强度、抗压强度等性能的测定。

2 结果与讨论

2.1 线变化性能测定和结果分析

各组试样线变化数据结果见表6。

表6 线变化表%

表6中，①表示试样A2在烧1 400℃的过程中发生了变形，四个边长发生了明显的变化和扭曲，因而测得的平均值在反应其线变化的程度上有一定的误差；②表示试样A6在烧800℃的过程中发生了炸裂，分析其炸裂的原因可能是由于试样条太过于致密，气孔率过低，加之升温速度又快，试样中的结合水难以排出，导致局部热稳定性不好，引起炸裂。另外，各温度下线变化有正的也有负的，部分原因可能是人为测量过程中产生的误差所致。110℃的线变化本来就不大，就是一个失去自由水的过程，对试样的边长不会引起很大的变化，在工厂的实际应用和检测之中，一般不测该温度下的线变化，近似认为该温度下的线变化为0；800℃下的线变化应是负值，是一个结合水脱离的过程，但部分试样出现正值，原因也可能是人为误差或试样不标准或其他因素影响造成的。

从线变化的总体变化来看是呈现一个先收缩后膨胀的趋势，即试样在加热的过程中先脱去自由水，产生气孔，但没有太大的线变化。而随着温度的升高，达到500～600℃就产生了结合水的脱离，大约800℃结合水完全脱离，会有一定程度的线变化，呈现负值，说明试样表现为收缩，而再继续升温（1 000℃），试样中的拉法基水泥等部分发生反应，会呈略微膨胀的趋势，达到1 400℃，会完全反应，有一定的膨胀，但是不会很大，达到了稳定的性能。

2.2 体积密度性能测定和结果分析

由试样线变化的数据可以得出试样的体积密度，见表7。

表7 各温度下体积密度记录表g/cm3

表7中，①表示试样条A6发生爆炸后无法测量，又重新对备用的试样A6烧800℃检测其性能，没有发生炸裂，估计发生炸裂的试样也存在个别性，或许是存在内部缺陷，性能不稳导致。②表示部分数据中出现不是一直减小的趋势，可能导致的原因有试样的差异性和人为测量过程中的误差引入，其密度差别不是很大，可以作为参考。总体上看，各试样密度均比较大，都在3g/cm3左右。

2.3 抗折强度性能测定和结果分析

测定各试样的抗折性能，结果见表8。由于试样的抗折强度都比较大，甚至有的已超出仪器量程，说明该试样的抗折性能很高，基本可满足试验目标对抗折强度的要求。

2.4 抗压强度性能测定和结果分析

测定各试样的抗压性能，结果见表9。

表8 抗折数据记录表

表9 抗压数据记录表

由表9可知，和基础配方相比，以电熔尖晶石1～3mm为变量的A4，A5和A6三者对应的抗压强度变化不大；以电熔尖晶石0～1mm为变量的A7和A8二者对应的抗压强度变化不大，说明改变部分电熔尖晶石的加入量对试样最终抗压强度的影响不是很大，如果电熔尖晶石造价昂贵，则可使用部分板刚玉来代替，而强度不会发生太大的变化。回转窑升温后，正常工作时温度一般为1 300～1 400℃，由表9可知，1 400℃时，改变拉法基水泥S71的加入量对试样的强度有影响，基本是拉法基水泥含量越少，其强度越低，可见拉法基水泥对试样强度影响较大。但如果加入量太多则会引起快凝现象，从而需要加入缓凝剂或减水剂来控制凝结时间，而这些缓凝剂或减水剂的加入又会引发强度的降低，可见将拉法基水泥S71控制在B2的基础上是比较理想的。

2.5 抗热震稳定性能测定和结果分析

热震前和热震后试样的强度见表10。表10中的A4在热震初期的升温过程中，发生炸裂现象，估计炸裂原因与A6相似。热震后的试样急冷急热，其端面上出现了许多细小的微裂纹，这样会使试样的气孔率有所增加，有利于抗热震性能的提高。

表10 热震后的残余强度和强度保持率

从总体上看，各组试样的强度和强度保持率都比较高，即经过多次急冷急热的热震之后，其强度依然可以保持很高，说明试样有较好的抗热震性能，能够适应窑口喷煤管处的高温和一次风温差异巨大的急冷急热的工作环境。

3 结论

试样的抗折和抗压性能都比较高，抗折强度均在10 MPa左右，抗压强度多在110MPa以上。由于试样本身的体积密度较大，均在2.9g/cm3以上，推测其具有较强的耐磨性能。

本试验在基础配方的基础上，调整电熔尖晶石的加入量对试样的强度影响不大，当将粒度为0～3mm的电熔尖晶石用板刚玉替代10%时，1 400℃时的抗压强度最高为214.81MPa。

在基础配方基础上，随着拉法基水泥S71加入量的减少，1 400℃时试样的抗压强度基本呈下降趋势；而拉法基水泥的加入量过多，其凝结时间和抗热震性能又有所降低，因此其加入量为7%时最为合适，抗压强度为203.31MPa，抗热震性能强度保持率为61.26%。

［1］ 李吉利，孙红梅.分散剂对耐火浇注料性能的影响［J］.耐火与石灰，2010，35（5）：42－49.

［2］ 江启焕.提高喷煤管及窑口浇注料的使用寿命［J］.新世纪水泥导报，2002（1）：35－36.

［3］ 彭拥军，曹永红.莫来石浇注料在喷煤管上的应用［J］.新世纪水泥导报，2002（2）：29－30.

［4］ 李志辉.在尖晶石结合浇注料中尖晶石的结构分析［J］.耐火与石灰，2010，35（3）：41－47.

［5］ 陈运本，陆洪彬.无机非金属材料综合试验［M］.北京：化学工业出版社，2006.

（责任编校：李秀荣）

Experimental Investigation on Castable Used for Cement Kiln Pulverized Coal

SUN Li－li1，2，BU Jing－long1，LIU Chen3

（1.College of Materials Science and Engineering，Hebei United University，Tangshan 063009，China；2.Tangshan Jidong Concrete Company Limited，Tangshan 063000，China；3.Tangshan Jidong Cement Company Limited，Tangshan 063031，China）

With fused spinel，white corundum，platelike corundum，silicon ash 951and rafa cement S71as main raw materials，a modified refractory castable for cement kiln pulverized coal was prepared by changing the adding amount of fused spinel and rafa cement S71.Performances of the refractoty castable such as line change rate，bulk density，strength and thermal shock resistance were measured.The results showed that the refractory castable with 70%fused spinel，0.5%silicon ash，17.5%white corundum，7%rafa cement S71had better performances，which had compressive strength 203.31MPa and thermal shock resistance 61.26%at 1 400℃.

rotary kiln；line change rate；strength；thermal shock resistance

book=47,ebook=47

TQ172.6＋14.2

A

1672－349X（2012）03－0049－04

2012－04－12

唐山市科学技术研究与发展计划项目（11110210B－6－5）

孙丽丽（1976－），女，河北玉田人，工程师，硕士研究生，主要从事无机非金属材料的研究。